에너지 - 인체의 에너지 소비량의 구성

인체의 에너지 소비량의 구성

1일 총 에너지 소비량은 기초대사량(basal metabolic rate, BMR), 신체활동대사량(physical activity energy expenditure, PAEE), 식사성 발열효과(thermic effectt of food, TEF) 및 적응대사량(adaptive thermogenesis ; AT)으로 구성됩니다.

 

기초대사량

기초대사량은 기본적인 생체기능을 수행하는 데 필요한 최소한의 에너지로 심장박동, 호흡, 체온조절 등을 위한 에너지를 의미합니다. 기초대사량은 한 개인에서 날마다 거의 일정한데 대개 하루 총에너지소비량의 60~70%를 차지하므로, 1일 에너지 필요량을 결정 짓는 중요한 요인입니다.

12~14시간 동안 식사 및 활동이 거의 이루어지지 않으면서 깨어 있는 상태에서의 대사량이므로 기상 직후 바로 측정해야 하는 어려움이 있습니다. 한편, 식후 5~6시간이 경과된 후 휴식 상태에서 측정하는 휴식대사량은 기초대사량보다 약간 크지만 그 차이가 30% 이내이므로 기초대사량과 휴식대사량을 혼용하여 사용하기도 합니다.

근육은 대사적으로 활발한 조직 중에서 가장 큰 장기이므로 기초대사량의 상당한 부분을 차지합니다. 체중, 신장, 연령을 이용하여 기초대사량을 예측하는 공식들이 있는데, 이는 근육량을 추정할 수 있다는 가정에 의한 것입니다. 가장 널리 쓰이는 두 가지 방법은 아래 표에 제시되었습니다.

 

표. 기초대사량(kcal) 추정공식

방법	성별	공식
간이법	남자	1(kcal/kg/시간) × 체중(kg) × 24(시간)
	여자	0.9(kcal/kg/시간) × 체중(kg) × 24(시간)
KDTI 채택방법	남자	204-4.0 × 연령(세) + 450.5 × 신장(m) + 11.69 × 체중(kg)
	여자	255-2.35 × 연령(세) + 361.6 × 신장(m) + 9.39 × 체중(kg)

연령, 신장, 체중 외에도 근육량에 영향을 주는 요인이 있는데, 근육량이 같아도 환경이나 생리적 상황에 따라 생명을 유지하는데 필요한 에너지의 양이 다릅니다. 아래 표에 기초대사량 증가 혹은 감소시키는 요인을 정리하였습니다.

 

표. 기초대사량을 변화시키는 요인

요소	근거	적용
신체 조성	근육은 지방조직보다 대사적으로 더 활발하다.	-체중과 신장이 같아도 근육량이 많고 지방조직이 적은 사람은 기초대사량이 높다. -여자는 남자보다 기초대사량이 낮고 연령이 증가할수록 기초대사량이 낮아진다.
호르몬	갑상선 호르몬과 에피네프린은 대사를 촉진한다.	-갑상선 기능항진에서는 기초대사량 증가로 체중이 감소한다. -갑상선 기능저하에서는 기초대사량 저하로 체중이 증가한다.
에너지 섭취 과부족	인체가 에너지 섭취량에 따라 소비효율을 변화시킨다.	-저에너지식을 하는 사람들에서 에너지 섭취량의 부족분만큼 실제 체중감소가 나타나지 않는다. -에너지를 과잉섭취시 비효율적 에너지 대사로 열로 방출하게 된다.
체온	체내 화학반응은 온도가 올라가면 빨라진다.	-1℃ 오를 때마다 기초대사량이 평균 13% 상승한다. -발열 환자는 에너지 필요량이 증가한다.
환경 온도	체온을 유지하기 위해서 에너지 소모가 필요하다.	-환경온도가 26℃일 때 대사율이 가장 낮고 이보다 높거나 낮은 온도에서는 대사율이 항진된다.
니코틴	니코틴은 기초대사량을 10%정도 증가시킨다.	-금연에 따른 체중증가를 설명한다.

 

신체활동대사량

에너지 필요량의 두 번째 범주는 신체활동에 따르는 에너지입니다. 신체활동에는 골격근의 운동뿐 아니라 이에 수반되는 심장 박동과 호흡의 증가에 에너지가 소모됩니다.

신체활동대사량은 두 가지로 나눌 수 있는데, 운동에 의한 활동대사량(exercise activity thermogenesis)과 운동 이외의 활동대사량(non-exercise activity thermogenesis, NEAT)입니다. 운동에 의한 활동대사량은 스포츠나 체력단련에 소비되는 에너지이고, 운동 이외의 활동대사량은 자세의 유지, 집안 일, 직장 근무 등에 필요한 에너지를 말합니다.

신체활동대사량은 개인차가 크고 한 개인에서도 하루하루 크게 차이가 납니다. 운동에 의한 활동대사량은 정적인 생활을 하는 경우 100kcal에 지나지 않지만, 운동선수의 경우 3000kcal까지 이를 수 있어 매우 폭이 큽니다.

각 활동의 에너지 대사율을 휴식대사량의 배수로 아래 표에 제시하였습니다. 하루 동안 각 신체활동에 소요한 시간을 기록한 다음, 이 수치를 이용하면 그날의 활동대사량이 기초대사량의 몇 배인지를 구할 수 있습니다. 이 표를 이용하여 24시간 동안 활동 기록으로부터 신체활동대사량을 계산하는 방법은 다음 글에 제시하겠습니다.

 

표. 활동의 종류에 따른 에너지 소비량                                   MET(metabolic equivalents)=1kcal/kg/h

활동 범주	활동 내용	METs
비활동	잠자기	0.9
	눕기, TV 보기, 아무것도 안 하기, 음악 듣기	1.0
일상생활속 활동	앉아서 활동(독서 1.3; 이야기 1.5; 노트 필기 1.8)	0.3-1.8
	교통(차·버스 타기 1.0; 자동차 운전 2.0)	1.0-2.0
	서기(줄 서기 1.2; 이야기 1.8; 요리 2.0)	1.2-2.0
	자기 관리(먹기 1.5; 샤워, 옷 입기, 화장 2.0)	1.5-2.0
	청소(먼지 털기 2.5; 세차 3.0; 진공청소기 청소 3.5)	2.5-3.5
	걷기(매우 천천히 2.0; 경보 6.5; 등산, 계단 오르기 8.0)	2.0-8.0
운동	스트레칭, 요가	2.5
	헬스(헬스장 5.5; 웨이트 트레이닝 6.0)	5.5-6.0
	구기(당구 2.5; 볼링 3.0; 탁구 4.0; 배드민턴 4.5; 축구 7.0)	2.5-7.0
	자전거 타기(4.0; 산악자전거 8.5)	4.0-8.5
	수영(여가 6.0; 시합 11.0)	6.0-11.0
	줄넘기(천천히 8.0; 빠르게 12.0)	8.0-12.0
	달리기(조깅 7.0; 약 8.0km/h 8.0; 계단 오르기 15.0)	7.0-15.0

출처:박재현 외, 신체활동평가를 위한 한국어판 신체활동 목록과 컴퓨터 프로그램 개발, 한국체육학회지 2004; 44(2):385-404

 

식사성 발열효과

식사 후 몇 시간 동안은 휴식대사량 이상으로 에너지가 소모되며, 주로 에너지가 열로 발산되므로 체온 상승효과를 가져옵니다. 이와 같이 식품 섭취에 따른 영양소의 소화, 흡수, 대사, 이동, 저장 및 이에 관련된 자율신경계 작용의 증진을 위해 필요한 에너지를 식사성 발열효과로 부릅니다. TEF는 식품의 특이동적 작용 또는 식품 이용을 위한 에너지 소모량이라고도 부릅니다.

TEF는 섭취한 에너지영양소의 종류에 따라 달라서 식사의 단백질 비율이 높을수록 TEF가 증가하는데 이는 단백질의 경우 아미노산의 대사가 탄수화물이나 지방에 비해 훨씬 복잡하기 때문입니다.

일반적으로 TEF는 혼합식 섭취 시 총 에너지 섭취량의 약 10% 정도인데, 간편하게 휴식대사량과 신체활동대사량을 합한 값의 10%로 계산하기도 합니다. TEF는 개인차가 상당히 크며, 총 에너지필요량에서 차지하는 비율은 작지만 에너지 균형 조절에서 중요한 요소로 보입니다. TEF가 큰 사람은 에너지 섭취량이 많아도 그만큼 체중이 증가되지 않습니다.

 

표. 3대 열량 영양소의 식품이용을 위한 에너지 및 에너지 효율

에너지율(%)    ㅣ    식이	지방	탄수화물	단백질	혼합식
소화율(%) 식사성 발열효과(%) ATP로의 최대전환율(%)	95 3~4 40	98 10~15 40	92 15~30 32~34	10 39

 

적응대사량

적응을 위한 에너지 소모량, 즉 적응대사량은 사람이나 동물이 큰 환경변화에 적응하는데 요구되는 에너지로, 특히 추운 환경에 노출되거나 지나친 과식을 했을 때와 창상(trauma) 및 기타 여러 가지 스트레스 상황하에서 열 발생으로 소모될 수 있는 에너지를 의미하며, 주로 갈색 지방조직에 의한 열발생 기전과 연관되어 설명되고 있습니다. 실제로 사람들이 과식을 하더라도 섭취량에 비례하여 체중이 증가하는 것이 아닌 체내에서 에너지 효율을 떨어뜨리는 기전인 적응대사 때문입니다. 그러나 적응대사에 대해서는 논란의 여지가 있어 많은 관심의 대상이 되고 있습니다.

많은 동물실험에서 동면에서 깨어날 때와 찬 온도에 노출되었을 때 그리고 신생동물에서 갈색 지방조직의 양이 증가되었고, 갈색 지방세포의 미토콘드리아는 백색 지방세포의 미토콘드리아와는 달리 짝풀림 단백질이란 것이 있어서 영양소의 산화에서 나온 에너지를 ATP 형태로 전환하지 않고 열로 발산해 체온을 상승시키는 원인이 됩니다. 쥐는 과식이나 추운 환경에 노출되었을 때 갈색 지방이 증가하는 것이 정상이나, 그렇지 않을 경우 비만과 관련이 있었습니다. 따라서 사람에서도 이런 적응대사량의 손상이 비만과 관련 있을 것이라고 추정하고 있으나 아직도 정확하게 밝혀지지는 않았습니다. 사람의 갈색 지방량은 체중의 1% 이내인데, 비만과의 관련성에 대한 확실한 결론을 내리기는 아직 어렵습니다. 적응대사량은 총 에너지 소비량의 약 7% 정도이며, 실제 1일 에너지 필요량을 계산하는 데는 포함되지 않습니다.

 

표. 백색 지방과 갈색 지방의 차이 비교

특징        /       지방 종류	백색 지방	갈색 지방
혈관분포 및 공급량 지방구 형태 미토콘드리아 및 시토크롬 ATP 합성효소 짝풀림 단백질 산화적 인산화 존재장소	적음 중앙에 하나의 큰 지방구 적음 활성이 높음 없음 ATP 생성 피하, 고환이나 장기 주위	많음 작은 지방구가 퍼져 있음 많음 활성이 낮음 있음 ATP 생성 대신 열 발생 등부분, 견갑골 사이, 겨드랑이 및

갈색 지방조직(brown adipose tissue)
열량 영양소 산화 시 ATP는 생성하지 않고 열발생을 수반하는 갈색의 특수 지방세포로 구성되어 있다.

백색 지방조직(white adipose tissue)
체내 대부분 지방조직으로 열량 영양소 산화시 ATP를 생성하는 지방세포로 구성되어 있다.

짝풀림 단백질(uncoupling protein)
갈색 지방세포의 미토콘드리아 내막에 존재하는 단백질로 산화와 인산화의 결합을 막는 기능을 가짐

적응대사
사람이 과식을 하거나 추운 환경에 노출되었을 때 교감신경계가 자극받아 갈색 지방의 미토콘드리아를 활성화해 열 발생을 촉진시킨다. 또한 에페드린이나 카페인, 니코틴 같은 물질의 투여도 교감신경계를 자극하여 에너지 소비량이 증가되었다는 보고가 있다. 이런 에너지 소비량의 증가가 적응대사와 관련있을 것으로 추정된다. 신생아의 등과 성인의 어깨나 견갑골 사이 부분에서 열발생 부위를 측정할 수 있으나, 얼마나 많은 양의 열이 발생하는가를 측정하기는 어렵다.